不同軟件平臺下動車段所的BIM設(shè)計探索

侯黎明

（中國鐵路設(shè)計集團有限公司 機械動力和環(huán)境工程設(shè)計院，天津 300251）

近年來，建筑信息模型（BIM）技術(shù)在國內(nèi)工程建設(shè)領(lǐng)域得到大力推廣，中國鐵路總公司明確指出，BIM技術(shù)的應(yīng)用將是未來鐵路勘察設(shè)計的必然趨勢，于2013年啟動了鐵路工程建設(shè)信息化關(guān)鍵技術(shù)的研究，聯(lián)合多家大型鐵路設(shè)計和建設(shè)單位，對BIM技術(shù)的應(yīng)用研究進行攻關(guān)，并著手建立了一系列的配套標準[1]。

徐駿等人從政策、經(jīng)濟、技術(shù)、人力資源、管理等5個方面對BIM在鐵路行業(yè)的應(yīng)用及其風險進行了分析[1]。馬少雄等人應(yīng)用BIM技術(shù)對西安動車段進行了深化設(shè)計，彌補了傳統(tǒng)工作模式的不足，論述了動車段所站場項目應(yīng)用BIM技術(shù)的可行性和必要性[2-3]。德鐵國際公司在新建科隆尼佩斯ICE動車段的設(shè)計過程中使用了BIM技術(shù)來模擬ICE高速列車及城際特快列車ICx的養(yǎng)護維修過程[4]。王明智基于CATIA平臺，對BIM技術(shù)在鐵路室外管線綜合（給排水系統(tǒng)管線）中的應(yīng)用進行了研究[5]。李小帥等人基于CATIA平臺，嵌入設(shè)計校審過程管理機制，在烏東德水電站樞紐工程中開展了數(shù)字化勘測與地質(zhì)、水工、橋隧、建筑、機電、金結(jié)、施工總體等多專業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計建模[6]。李坤等人探索了BIM技術(shù)在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，并將BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)計算和工程量統(tǒng)計等過程[7]。張健平等人基于IFC，提出了一種基于AutoCAD圖形引擎的BIM三維實體建模以及將其轉(zhuǎn)換為表面模型的方法[8]。何關(guān)培指出，目前國內(nèi)鐵路行業(yè)BIM應(yīng)用過程中，涉及到的三維信息建模軟件包括REVIT、BENTLY系列、3D EXPERIENCE（CATIA V6）等[9]。潘永杰指出，BIM的精髓在于，將各種信息數(shù)據(jù)貫穿工程的整個生命周期，從而實現(xiàn)對項目的規(guī)劃設(shè)計、建造及運營維護全生命周期管理[10]。彭利輝提出了一種鐵路BIM數(shù)據(jù)實時壓縮方法，并結(jié)合鐵路三維場景的數(shù)據(jù)特點，優(yōu)化了鐵路BIM海量數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬之間的矛盾[11]。

國內(nèi)鐵路BIM應(yīng)用從2013年起步至今，多家設(shè)計院、工程建設(shè)單位、高校和科研機構(gòu)進行了卓有成效的研究工作，但這些成果多集中在高速（普速）鐵路正線和城市軌道交通三維信息建模、運維等方面，較少涉及動車段所的BIM設(shè)計，本文基于REVIT和3D EXPERIENCE（CATIA V6）平臺，對某檢查庫壓縮空氣管線進行了詳細三維建模，對比兩款軟件在管線三維建模方面的優(yōu)缺點，并對兩者之間的數(shù)據(jù)交互模式進行了分析。闡述了在CATIA平臺中，三維模型信息屬性的添加方法，在此基礎(chǔ)上建立基于CATIA平臺的機輛設(shè)備BIM三維信息參數(shù)化模型庫。

1　檢查庫壓縮空氣管線建模

1.1　檢查庫及壓縮空氣管線簡介

該檢查庫為10線庫，設(shè)置在段所北端，可完成動車組的一二級檢查維護、客運整備、真空卸污、上水等作業(yè)。

庫北側(cè)設(shè)一層邊跨，主要為備品存放、檢測維護、保潔等分間。

庫南側(cè)設(shè)二層邊跨，主要為調(diào)度、班組、辦公、休息、更衣等房間。

庫內(nèi)設(shè)備設(shè)施主要有軌道橋、三層作業(yè)平臺、安全聯(lián)鎖監(jiān)控及作業(yè)評價系統(tǒng)、移動式輪對探傷、綜合管線吊掛系統(tǒng)等。

檢查庫壓縮空氣管線平、立面示意圖如圖1所示。

圖1　壓縮空氣管線平立面示意圖

1.2　壓縮空氣管線建模

室內(nèi)壓縮空氣管線建模離不開建筑基礎(chǔ)，按照近年來建筑行業(yè)BIM發(fā)展趨勢，REVIT平臺相較于CATIA等BIM建模軟件具有很大的優(yōu)勢，為對比兩平臺在管線建模方面的優(yōu)缺點，分別在兩平臺上建立了檢查庫及壓縮空氣管線（含閥門）的三維信息模型，并對兩平臺之間的數(shù)據(jù)交互模式進行了探索。

其中，REVIT平臺用到的模塊包括建筑和暖通，CATIA平臺用到的模塊包括Civil 3D和管線模塊，圖2～圖5分別是用兩種平臺建立的檢查庫壓縮空氣管線模型。

圖2　REVIT檢查庫三維建模

圖3　REVIT壓縮空氣管線三維建模

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，在管線三維建模方面，兩種平臺各有其優(yōu)缺點。REVIT平臺依然延續(xù)了其在建筑三維建模過程中使用的“標高”、“軸網(wǎng)”等概念和工具，操作上帶有濃重的Windows系統(tǒng)風格，如“復(fù)制”、“粘貼”等功能的使用，操作容易上手，模型修正也非常方便，第三方插件種類繁多，缺點在于“三維立體”設(shè)計的理念較弱；而CATIA平臺則定位高端，完全采用三維協(xié)同設(shè)計模塊進行正向立體建模，但軟件操作需要一定時間的學習和熟悉，第三方插件較少，模型修正起來也較為繁瑣。

圖4　CATIA V6檢查庫三維建模

圖5　CATIA V6壓縮空氣管線三維建模

1.3　管線及閥門屬性添加

REVIT和CATIA均支持對三維管線和閥門模型添加屬性信息，如管線長度、重量、密度、坡度、材質(zhì)等。圖6～圖9分別給出了兩種平臺的管線和閥門屬性添加方式。

圖6　REVIT管線屬性添加

圖7　REVIT閥門屬性添加

圖8　CATIA管線屬性添加

圖9　CATIA閥門屬性添加

1.4　兩款軟件數(shù)據(jù)交互

將REVIT平臺管線模型通過IFC格式的轉(zhuǎn)換，可以直接導(dǎo)入CATIA平臺，并且在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程中，模型的精度不會受到影響，導(dǎo)入后只需要進行簡單處理即可使用，這為房建專業(yè)（使用REVIT）與其他專業(yè)（使用CATIA）之間進行數(shù)據(jù)交互提供了便利。兩平臺之間的數(shù)據(jù)交互模式如圖10所示。

圖10　兩種平臺數(shù)據(jù)交互模式

2　機輛設(shè)備BIM模型庫

REVIT軟件主要應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，在機械建模方面存在一定缺陷和不足，而CATIA發(fā)家于航空工業(yè)，在機械設(shè)備建模方面優(yōu)勢明顯，對于機輛專業(yè)來說無疑更具優(yōu)勢，且REVIT模型可以通過格式上的轉(zhuǎn)換導(dǎo)入CATIA，這為使用CATIA作為動車段所BIM設(shè)計主平臺提供了便利。

2.1　數(shù)據(jù)交互

鐵路機輛設(shè)備三維模型來自不同的渠道、不同的建模軟件，需要進行格式轉(zhuǎn)換和輕量化處理，才能導(dǎo)入CATIA平臺，組建機輛設(shè)備BIM模型庫。

以SOLIDWORKS和REVIT格式的機輛設(shè)備三維模型為例，通過 IFC格式的轉(zhuǎn)換和IGS格式的輕量化處理后，可以方便地導(dǎo)入CATIA，圖11是不同軟件平臺建立的三維模型導(dǎo)入CATIA的效果。

圖11　不同軟件平臺數(shù)據(jù)交互

2.2　機輛設(shè)備屬性定義

以懸臂吊為例，對機輛設(shè)備模型的屬性信息添加進行介紹，如用風量、用水量、用電量、基礎(chǔ)要求、生產(chǎn)廠家等。由于目前國內(nèi)機輛設(shè)備并沒有統(tǒng)一的IFC屬性標準，因此，本文對CATIA提供的模型屬性添加方式進行介紹。

CATIA提供多種方式對模型屬性進行表達，包括導(dǎo)入Excel格式的模型參數(shù)表，或者將模型參數(shù)直接復(fù)制到模型的屬性框，另外還可以將設(shè)備的屬性信息以CAD或者PDF等格式的文件鏈接到模型中，這幾種方式都將使設(shè)備模型帶有風量、用水量、用電量等信息。圖12給出了機輛設(shè)備的屬性添加方式。

圖12　機輛設(shè)備屬性添加

2.3　機輛設(shè)備模型庫

采用CATIA平臺作為動車段所BIM設(shè)計主平臺的另一個優(yōu)勢在于，CATIA采用文件夾（CATALOG）的方式對各種三維信息模型進行管理，存儲于服務(wù)器的標準空間中，可以極大地提高模型的檢索效率，使得數(shù)量龐大的機輛設(shè)備模型管理效率成倍提升。圖13給出了用于存放機輛設(shè)備的BIM模型文件夾。

圖13　BIM模型文件夾

3　結(jié)束語

本文對CATIA和REVIT等BIM軟件平臺在動車運用所檢查庫管線三維建模和機輛設(shè)備模型庫的建模方面進行了分析和對比，并對不同平臺之間的數(shù)據(jù)交互模式進行了梳理，具體結(jié)論包括以下幾個方面：

（1）CATIA和REVIT等BIM軟件平臺均可對壓縮空氣管線進行詳細的三維建模及屬性信息的添加，且兩種平臺可通過IFC格式的文件進行數(shù)據(jù)交互。

（2）CATIA在機輛設(shè)備建模和模型管理方面具有先天優(yōu)勢，同時支持不同軟件平臺的數(shù)據(jù)交互和格式轉(zhuǎn)換，這為使用CATIA作為動車段所BIM設(shè)計主平臺提供了便利。

（3）梳理了采用SOLIDWORKS和REVIT等平臺建立的機輛設(shè)備三維模型，通過 IFC 格式的轉(zhuǎn)換和 IGS格式的輕量化后，導(dǎo)入CATIA平臺的步驟和流程。

（4）闡述了在CATIA平臺中，為機輛設(shè)備三維模型添加信息屬性的方法，進而組建了動車段所機輛設(shè)備BIM三維信息模型庫，極大地方便了機輛設(shè)備模型的批量管理、批量建模和批量修改。

參考文獻：

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[2]馬少雄，李昌寧，劉爭耀，等. BIM技術(shù)在西安動車段項目施工中的應(yīng)用[J]. 自動化技術(shù)與應(yīng)用，2016，35（10）：122-126.

[3]馬少雄，李昌寧，劉爭耀，等. BIM技術(shù)在西安動車段項目深化設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 鐵道標準設(shè)計，2016，60（10）：149-152.

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